科学|从宇宙中最强大粒子的能量谱中发现了新的宇宙秘密
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特拉华大学的研究人员参与了研究宇宙射线的合作 。 除了装满水的切伦科夫探测器外 ， 阿根廷的皮埃尔·奥杰天文台还有第二种宇宙射线捕捉器——荧光探测器 。 宇宙射线空气簇射中的带电粒子与大气中的氮相互作用 ， 使其通过一种叫做荧光的过程发射出紫外光 ， 这种过程人眼是看不见的 。
比原子还小的粒子几乎以光速在宇宙中穿梭 ， 它们从宇宙的某个地方被放射到太空中 。 皮埃尔·奥杰天文台的科学合作 ， 包括来自特拉华大学的研究人员 ， 以前所未有的精度测量了这些粒子中最强大的粒子——超高能量宇宙射线 。 在此过程中 ， 他们发现了能量光谱中的一个“纽结” ， 这个“纽结”使人们对这些亚原子空间旅行者的可能来源有了更多的了解 。
该团队的发现是基于对215030次宇宙射线事件的分析 ， 这些宇宙射线事件的能量超过2.5万亿电子伏特 ， 这些数据是由阿根廷的皮埃尔·奥杰天文台在过去十年中记录的 。 它是世界上研究宇宙射线的最大的天文台 。
新的光谱特征是宇宙射线能谱中一个大约13万亿电子伏特的扭结 ， 它代表的不仅仅是在图表上绘制的点 。 这使人类更接近解决自然界中最高能粒子的奥秘 。
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在这张照片中 ， 美国国立大学的弗兰克·施罗德教授与同事们正在为皮埃尔·奥杰天文台的一个宇宙射线探测器安装无线电天线 ， 该观测站位于阿根廷的马尔格附近 。
“自从100年前宇宙射线被发现以来 ， 一个长期存在的问题一直是 ， 是什么加速了这些粒子的呢？”施罗德说 。 皮埃尔·奥杰合作的测量提供了重要的线索 ， 根据之前的工作 ， 我们知道这种加速器并不在我们的星系中 。 通过这次最新的分析 ， 我们可以进一步证实我们早期的想法 ， 即超高能宇宙射线不仅仅是氢的质子 ， 而且是来自重元素的原子核的混合物 ， 这种成分会随着能量的变化而变化 。
施罗德和俄勒冈大学博士后研究员艾伦·科尔曼多年来一直是皮埃尔·奥杰合作小组的成员 ， 他们对数据分析做出了贡献 。 特拉华大学于2018年正式作为机构成员加入该合作项目 。 该天文台由来自17个国家的400多名科学家组成 ， 占地1200平方英里 ， 相当于美国罗德岛的面积 。
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阿根廷附近的天文台的一组宇宙射线探测器站 。 特拉华大学是国际合作组织的成员之一 ， 该组织包括来自17个国家的400多名科学家 。
该天文台拥有1600多个被称为水切伦科夫观测站的探测器 ， 分布在草原的高原上 ， 由27个荧光望远镜俯瞰 。 总的来说 ， 这些仪器可以测量一个超高能宇宙射线粒子在大气中释放的能量 ， 并对其质量提供间接评估 。 所有这些数据——能量、质量和这些特殊粒子到达的方向——为我们提供了关于它们起源的重要线索 。
此前 ， 科学家们认为这些超高能量的宇宙射线粒子大部分是氢的质子 ， 但最近的分析证实了这些粒子有一种核的混合物——有些比氧或氦重 ， 比如硅和铁 。
在宇宙射线能谱的曲线图上 ， 您可以看到科学家称为“脚踝”的区域与图的起点（称为“脚趾”）之间的扭结 。
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这些检测站分布在1200平方英里的阿马里拉草原上
“我们没有专门的名称 ， ”科尔曼说 ， 他是一个20人团队的成员 ， 编写计算机代码 ， 并进行大量数据分析所需的数字运算 。
科尔曼直接参与了这一发现 ， 他改进了粒子级联的重建（即宇宙射线撞击大气层时产生的粒子级联） ， 以估计能量 。 他还进行了详细的研究 ， 以确保这个新的拐点是真实的 ， 而不是探测器造成的伪影 。 数据组的工作花费了两年多的时间 。
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